XL ist den Astronomen nicht mehr groß genug. Schon heute lassen sich die vier Spiegel des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte Eso in der chilenischen Atacama-Wüste zum größten Fernrohr der Welt zusammenschalten. Doch ab 2016 soll ein Extremly Large Telescope (ELT) sie weit übertreffen. Der aus 906 Segmenten zusammengesetzte schwenkbare Spiegel wird das Licht von Sternen einfangen können, die zehntausendmal schwächer leuchten als alle bisher von der Erde aus beobachteten. Voraussetzung ist neben dem gewaltigen Durchmesser von 42 Metern eine flexible »adaptive« Optik.

Sie gleicht das Flimmern der Atmosphäre aus, die schwache Sterne scheinbar flackern lässt. Einer der Spiegel im Lichtgang des Teleskops wird tausendmal pro Sekunde an mehreren tausend Stellen um Millimeterbruchteile nach vorn oder hinten verschoben. Selbst nach einer halben Stunde Belichtungszeit zeigt sich ein ferner Stern dann als klar umrissene Kontur.

Schon jetzt ist klar, dass den Astronomen auch XXL zu klein wird. Den Entwurf eines noch größeren Observatoriums hat die Eso schon in der Schublade. Hundert Meter Durchmesser soll sein Spiegel aufweisen eine Empfangsfläche, die etwa achtzigmal jene des derzeit größten Einzelteleskops übertrifft. Die Dimension ist überwältigend, der Name entsprechend: OWL, das Overwhelmingly Large Telescope.

Immer schärfer blicken die Astronomen in die Tiefen des Universums und damit in dessen Vergangenheit. Sie spähen nach Antworten auf die großen Fragen: Wie entstanden Sterne und Galaxien? Gibt es erdähnliche, gar belebte Planeten? Woraus besteht die Dunkle Materie, die fünf Sechstel des Universums ausmacht? Sie hält offenbar die Galaxien zusammen, wurde aber noch nie beobachtet. Auch die Dunkle Energie harrt des Nachweises. Vermutlich treibt sie die immer schnellere Ausdehnung des Weltalls an. Zu manchem Aspekt finden die Astronomen eine Antwort. Andererseits werfen neue Observatorien oft auch neue Fragen auf. Roberto Gilmozzi, wissenschaftlicher Projektleiter des ELT, formuliert das Dilemma so: »Die Teleskope, die wir haben, beantworten Fragen, die wir hatten, als sie geplant wurden.

Jetzt haben wir neue Fragen und deshalb brauchen wir auch neue Instrumente, um sie zu beantworten.«

Die Astronomen beschwören eine »goldene Phase von Entdeckungen«

Gilmozzi und seine Eso-Kollegen gehen davon aus, sie auch zu bekommen.

Die Zeit für neue und teurere Großteleskope scheint günstig. Eine Denkschrift deutscher Astronomen sieht die Zunft in einer »Goldenen Phase von Entdeckungen«. Astronomie sei in den Medien »wesentlich stärker vertreten als die gesamte restliche Physik«. Schließlich kümmere sie sich um die »Urfragen der Menschheit« und spiele eine wesentliche Rolle, um junge Menschen für Naturwissenschaften und Technik zu begeistern. » Ein paar Milliarden Euro« werde die nächste Generation europäischer Teleskope kosten, schätzt der Niederländer Tim de Zeeuw. Für die EU arbeitet er mit mehreren Dutzend Kollegen an einer »Wissenschaftsvision« bis zum Jahr 2025. Er lockt mit dem Versprechen: »Europa kann eine führende Rolle übernehmen.«

Auch amerikanische Sponsoren möchten die Nase vorn behalten im Wettlauf um das größte Teleskop. Gemeinsam mit Forschungsinstituten und Unternehmen aus Kanada und den USA wollen sie mindestens ein Jahr vor dem europäischen ELT einen Riesenspiegel bauen, mit 30 Meter Durchmesser Weltrekord. Den hält zurzeit das Hobby-Eberly-Teleskop in Texas mit einem 11-Meter-Spiegel.

Die spektakulärsten Bilder ferner Galaxien und sterbender Sterne lieferten in den vergangenen Jahren aber nicht Großobservatorien auf der Erde, sondern das Weltraumteleskop Hubble. Das hat zwar nur einen kleinen 2,4-Meter-Spiegel, dafür stört im Weltraum keine Atmosphäre den Blick. Auch Hubble genügt den Astronomen schon lange nicht mehr, der Nachfolger ist bereits im Bau. Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) soll mit seinem 6,50-Meter-Spiegel die Entstehung der ersten Sterne vor über 13 Milliarden Jahren ins Visier nehmen. Dafür wird es nicht wie Hubble auf eine erdnahe Umlaufbahn gebracht, sondern am Lagrange-Punkt im Erdschatten positioniert, in rund 1,5 Millionen Kilometer Entfernung. Dort lassen sich störendes Licht und die Wärmestrahlung von Mond und Erde mit einem dicken Schutzschild gut abschirmen.

Das hat seinen Preis. Er stieg von einer Milliarde auf 4,5 Milliarden Dollar in zehn Jahren Entwicklungszeit. Ein Wettlauf der Nationen kommt da nicht infrage, Nordamerikaner und Europäer bauen das JWST gemeinsam. Seine Optik ist auf Wärmestrahlung (Infrarot) spezialisiert. Die Strahlung extrem weit entfernter und damit besonders alter Objekte kommt nämlich bei uns nicht als sichtbares, sondern als infrarotes Licht an. Schuld an dieser »Rotverschiebung« ist die rasche Ausdehnung des Weltalls: Die Strahlung der Objekte verliert mit der Entfernung im Kosmos an Energie.

Auch die Großteleskope auf der Erde werden deshalb nicht nur im sichtbaren, sondern auch im infraroten Bereich betrieben. Um besonders interessante Objekte in der Entstehungszeit der Galaxien mit noch besserer Auflösung abzulichten, plant man, das JWST, das europäische VLT und das amerikanische 30-Meter-Teleskop sogar zu einer Art virtueller Riesenlupe zu kombinieren.

Mit ihrer optischen Aufrüstung zum Sichten selbst des blassesten Schimmers möchten Astro- und Kosmologen sogar ins »dunkle Zeitalter« blicken, das etwa 400000 Jahre nach dem Urknall beginnt und 400 Millionen Jahren später mit dem Aufleuchten der ersten Sterne endet (siehe Grafik links). Wegen der noch weit stärkeren Rotverschiebung ist im sichtbaren und infraroten Spektrum aus diesem Zeitraum nichts zu orten. Wahrscheinlich aber im Bereich der noch energieschwächeren Radiowellen. Auch dafür ist bereits eine XXL-Anlage seit 2003 im Bau.

Sie heißt ALMA (Atacama Large Millimeter Array) und entsteht als europäisch-amerikanisches Gemeinschaftsprojekt auf der chilenischen Hochebene Chajnantor, die 5000 Meter aus der Wüste ragt. Dort oben ist die Luft extrem trocken, fast ungestört treffen Radiowellen aus dem All auf die 50 fahrbaren Parabolschüsseln von ALMA mit je 12 Meter Durchmesser.

Bevor das Universum im dunklen Zeitalter versank, hatten sich bereits die ersten Wasserstoffatome gebildet. Das Standardmodell der Astronomie geht davon aus, dass damals eine Strahlung freigesetzt worden ist, die heute mit der gleichen Frequenz bei uns ankommen müsste, auf der unsere UKW-Sender funken. Sie können mit einer kleinen Stabantenne empfangen werden.

Der Empfänger für die ersten Radiogeräusche nach dem Urknall ist bereits in Bau, heißt LOFAR (Low Frequency Array) und soll Aufschluss darüber geben, was die allerersten Objekte waren, die sich bildeten: Sterne, Schwarze Löcher oder Galaxien? LOFAR wird halb Deutschland und die Niederlande überspannen. Anders als klassische Teleskope besteht es aus 25000 einzelnen Empfängern, die in einem Umkreis von 350 Kilometern zwischen Elbmündung, Eifel und holländischer Nordseeküste in Hundertergruppen aufgestellt und über ein Hochleistungsnetz aus Glasfaserkabeln miteinander verbunden werden. Ein Supercomputer im niederländischen Groningen empfängt den Datenstrom und fügt die einzelnen Messwerte zu einem Gesamtbild. Auch hier ist ein noch größeres Teleskop schon in Planung. Das Square Kilometer Array (SKA) soll den Südhimmel von Australien oder dem südlichen Afrika aus belauschen mit einer virtuellen Blende von Tausenden Kilometern.

Trotz der gewaltigen Dimensionen kann kein einziges der neuen Riesenteleskope die wichtigsten Fragen der Astronomie allein beantworten. Entscheidend ist die Kombination der Beobachtungen auf möglichst vielen Frequenzen. Besonders hell leuchtende Quasare sind das Spezialgebiet von Lutz Wisotzki am Astrophysikalischen Institut Potsdam. Gerne möchte er sie mit dem LOFAR auch auf langwellige Strahlung untersuchen. » Der Wellenlängen-Chauvinismus ist vorbei«, sagt er.

Den Alltag der Astronomen macht das nicht einfacher. Das Gedrängel auf den Großobservatorien ist enorm. Wisotzki kennt das Problem genau, denn er ist der Vorsitzende des Programmkomitees, das die kostbare Zeit auf den Eso-Teleskopen zuteilt. Knapp 2000 Forschungsanträge gehen jedes Jahr bei ihm ein, nur jeder vierte bis fünfte kommt zum Zug. Für das Weltraumteleskop Hubble wird sogar nur jeder zehnte Antrag bewilligt. Rund 800 Astronomen forschen allein an deutschen Universitäten und Instituten, ohne frische Beobachtungsdaten können sie einpacken.

Die Sicht ins All wird schlechter. Die Astroklimatologie muss helfen

Was das bedeutet, hat Lutz Wisotzki selbst schon erlebt. Drei Nächte durfte er das chilenische La-Silla-Teleskop für seine Quasarforschung nutzen. Doch am Ende musste er ohne ein einziges Foto wieder nach Hause fliegen. Der Nordwind hatte so stark geblasen, dass das empfindliche Rohr nicht ausgefahren werden durfte. » Schlechtes Wetter = Pech gehabt«, nach dieser einfachen Formel verfahren alle Großobservatorien. Anders lässt sich der Betrieb allein schon wegen der aufwändigen Anreise und räumlichen Enge auf den Gipfeln Chiles oder Hawaiis nicht organisieren. Wer für seinen Blick in die Tiefen des Universums besonders günstige Wetterbedingungen braucht, muss die Beobachtungen deshalb im »Service-Modus« von Mitarbeitern vor Ort durchführen lassen. Nur wenn die Sicht, das »Seeing«, gut genug ist, wird das Teleskop auf das gewünschte Objekt ausgerichtet. Der Forscher bekommt seine Daten zugeschickt.

Das kann dauern. So wird am VLT auf dem 2600 Meter hohen Cerro Paranal in der Atacama-Wüste das beste Seeing noch nicht einmal an zwanzig Nächten im Jahr erreicht. Insgesamt haben sich die Wetterbedingungen im Verlauf der knapp zehn Betriebsjahre deutlich verschlechtert. Warum das so ist, versucht die Astroklimatologie zu klären. Der Hauptverdächtige ist das El-Niño-Phänomen im Pazifik, dessen Häufigkeit mit dem Klimawandel zunimmt. Für einen handfesten Beweis ist der Beobachtungszeitraum aber noch zu kurz.

Wären die Mittel unbegrenzt, könnten sich die Astronomen problemlos darauf verständigen, alle geplanten XXL-Observatorien schnellstmöglich zu bauen. Tatsächlich konkurrieren die Großprojekte sowohl in Europa als auch in den USA hart um begrenzte Budgets. » In der Vergangenheit waren unsere Kostenschätzungen viel zu blauäugig«, kritisiert Garth Illingworth, Vorsitzender des astrophysikalischen Beratergremiums der US-Regierung, »außerdem haben wir die verfügbaren Mittel häufig überschätzt.« Von 16 im vergangenen Jahrzehnt geplanten astronomischen US-Großprojekten wurden nur sechs umgesetzt.

Bohdan Paczynski sieht darin auch eine Chance. Der angesehene Astronom von der Universität Princeton hält nichts vom Wettlauf um immer größere Observatorien. Astronomie mit kleinen Teleskopen heißt sein provozierender Aufsatz in der Fachzeitschrift Astrophysics. Ein Dutzend Planeten konnten bisher in entfernten Sonnensystemen genauer bestimmt werden »fast alle mit Teleskopen unter 10 Zentimeter Durchmesser«, schreibt Paczynski und plädiert dafür, die Suche auch mit kleinen Instrumenten fortzusetzen. Die sehen zwar nicht so scharf in die Ferne, haben aber einen sehr viel breiteren Blickwinkel. Und sie sind so billig, dass sich viele Forschungsinstitute eins leisten können. So könnten Hunderte Astronomen parallel damit arbeiten.